光電子專用集成電路設(shè)計-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯光電子專用集成電路設(shè)計-基礎(chǔ)電子電路設(shè)計面臨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電路和邏輯模擬、芯片區(qū)域劃分和版圖設(shè)計等一系列富有挑戰(zhàn)性的難題。電路設(shè)計既是科學(xué)也是藝術(shù)，電路設(shè)計的藝術(shù)性很難解釋，因為它們沒有什么統(tǒng)一的算法。它的藝術(shù)性就在于電路結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和電路設(shè)計技術(shù)的綜合運(yùn)用。

集成電路設(shè)計通常運(yùn)用分層設(shè)計和模塊化設(shè)計原理，將一個復(fù)雜的集成電路逐級分解為單元功能較簡單的設(shè)計級別，直至達(dá)到單元功能足夠簡單。自頂向下的設(shè)計過程包括3個主要階段：

（1）系統(tǒng)功能設(shè)計（Behavioralstructuredesign）；

（2）邏輯和電路設(shè)計（Logicandcircuitstructuredesign）；

（3）版圖設(shè)計（Physicalstructuredesign）。

相應(yīng)的設(shè)計流程如圖1所示，這是一種理想化的設(shè)計方法。在設(shè)計提出后，首先根據(jù)設(shè)計要求（系統(tǒng)性能指標(biāo)、功能要求等）進(jìn)行系統(tǒng)編譯，得到系統(tǒng)性能和功能描述；然后由系統(tǒng)性能和功能描述直接編譯出邏輯和電路描述；再由邏輯和電路描述直接編譯出相應(yīng)的物理版圖描述，將包含版圖描述的文件轉(zhuǎn)交制版工廠制作掩膜版后即可進(jìn)行流片。這是一種為完善的設(shè)計自動化（Designautomatic）系統(tǒng)，可以從的系統(tǒng)描述直接轉(zhuǎn)換為版圖設(shè)計數(shù)據(jù)。但是由于缺少有效的EDA工具，這種技術(shù)難以付諸實現(xiàn)。目前的硅編譯器（SiliconCompiler）是設(shè)計自動化程度的一種設(shè)計技術(shù)，可以從算法級或寄存器傳輸級描述開始迸行編輯，直接得到掩膜版圖，但真正實用的硅編譯器也僅限于少數(shù)有高度規(guī)則結(jié)構(gòu)的集成電路，例如門陣列、標(biāo)準(zhǔn)單元陣列等。

目前較典型的實際分層設(shè)計流程，需要較多的人工干預(yù)，一些設(shè)計階段目前還沒有EDA軟件支持，必須通過模擬分析軟件來逐步完成相應(yīng)的設(shè)計，而且，各級設(shè)計均需要進(jìn)行驗證，由設(shè)計人員判斷結(jié)果是否滿足要求，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理，使各設(shè)計階段的輸入／輸出相互接口，并保證轉(zhuǎn)換時的等效性。

大多數(shù)光電子集成電路都可以用基本的電路技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。光電子集成電路的設(shè)計，實際上是模擬集成電路的設(shè)計，但是由于光電子器件有其獨(dú)特的特性和性能要求，因而光電子集成電路又與傳統(tǒng)的微電子IC有著顯著的區(qū)別，在設(shè)計中應(yīng)加以注意。設(shè)計過程可以從系統(tǒng)級開始，利用自頂向下的設(shè)計方法，包括指標(biāo)定義、系統(tǒng)設(shè)計、子系統(tǒng)／單元模塊設(shè)計、電路模擬、版圖設(shè)計、版圖驗證、版圖寄生提取等一系列過程，并可能經(jīng)過若干循環(huán)，送交廠家生產(chǎn)。

發(fā)光二極管（LED）、激光二極管（LD）和激光調(diào)制器（LM）是光纖通信系統(tǒng)中基本的三類發(fā)光器件。作為光發(fā)射的關(guān)鍵器件，它們產(chǎn)生光波以承載信號。光電探測器的作用是將光脈沖信號轉(zhuǎn)變成光生電流，并經(jīng)過前置放大等預(yù)處理后成為能夠被通信系統(tǒng)進(jìn)行分析的電信號。作為光傳輸系統(tǒng)接收端的重要器件，探測器的性能決定了整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量。由于光纖接收端的光信號非常微弱，需要經(jīng)過信號放大才能達(dá)到應(yīng)用的要求。本章稍后部分將詳細(xì)介